Programator - emulator mikrokontrolerów AT89Cx051
P R O J E K T Y
Programator - emulator
mikrokontrolerów
AT89Cx051, część 1
kit AVT-498
W literaturze i Internecie po- nym narz�dziem, skutecznie
jawiło si� juł wiele opis�w wspomagającym uruchamianie
programator�w dla mikroproce- nowych układ�w.
Mikrokontrolery AT89Cx051
sor�w firmy Atmel z pamiecią Dla niekt�rych Czytelnik�w
produkowane przez firm�
FLASH. Troch� mniej znalazłoby mołe byĘ wałna informacja, łe
Atmel cieszą si� wśr�d si� projekt�w emulator�w. Te układ wsp�łpracuje poprawnie
ostatnie pracują zazwyczaj z KA�DYM komputerem wypo-
konstruktor�w zasłułonym
z własnym generatorem zegaro- sałonym w łącze szeregowe, jeś-
powodzeniem. Ich niska cena,
wym i słabo (lub wcale) emulują li tylko mołna na nim ustawiĘ
zgodnośĘ z popularnymi '51,
wysokoomowe wejścia wewn�tr- odpowiednie parametry trans-
łatwa dost�pnośĘ, pami�Ę
znego komparatora. Cz�sto wy- misji. Po niewielkiej przer�bce
programu typu Flash oraz
magają sprz�towego ustawiania obwodu wejściowego, programa-
stosunkowo wysoka wydajnośĘ
konfiguracji pin�w P1.0 (AIN0) tor mołe nawet pracowaĘ z �nie-
sprawiają, łe konkurenci mają
i P1.1 (AIN1). Gdy chcemy uły- doko�czonym� portem o pozio-
trudny ływot na rynku.
waĘ je jako analogowe wejścia mach napi�cia 0 i +5V. Osobną
Urządzenie prezentowane
komparatora czy wejścia lub sprawą jest dost�pnośĘ progra-
w artykule pozwala tanio
wyjścia cyfrowe, to trzeba odpo- m�w asemblera dla procesor�w
rozwiązaĘ wi�kszośĘ wiednio ustawiĘ zworki. rodziny MCS-51 na komputery
Pomysł opracowania takiego typu Amiga, Atari czy Commo-
problem�w narz�dziowych,
urządzenia powstał w�wczas, dore. Zapewne w Internecie
jakie mogą napotkaĘ
gdy niłej podpisany "spalił" ko- mołna znale�Ę takie oprogramo-
konstruktorzy korzystający
lejno trzy procesory przez od- wanie z opisem i tekstami �rod-
z procesor�w x051.
wrotne włołenie ich do tej łowymi.
Na jednej, niewielkiej
samej podstawki. Konstrukcja Jak w kałdej tego typu reali-
płytce otrzymujecie
układu nawiązuje do zestaw�w zacji, przyj�te rozwiązanie jest
programator oraz emulator -
uruchomieniowych STARTER kompromisem mi�dzy kosztem
czyli komplet narz�dzi,
KIT i łączy w sobie cechy pro- element�w i funkcjonalnością
pozwalający bez trudu
gramatora i emulatora. Dlatego układu. Wymieniając podstawo-
zbudowaĘ dowolne
b�dzie z pewnością atrakcyjna we cechy urządzenia rozdzieli-
mikroprocesorowe urządzenie. dla koleg�w stawiających pier- łem je na cachy programatora
wsze kroki w programowaniu i emulatora, dla kałdego z nich
mikroprocesor�w jednoukłado- wyodr�bniając najistotniejsze wa-
wych. Praktyka pokazała jednak, dy i zalety. Powinno to pom�c
łe w r�kach troch� bardziej za- w szybkim zorientowaniu si�,
awansowanego elektronika-pro- gdzie przebiega linia wspomnia-
gramisty mołe staĘ si� pot�ł- nego kompromisu.
Elektronika Praktyczna 3/99
51
Programator - emulator mikrokontrolerów AT89Cx051
Opis układu
Schemat elektryczny programa-
tora przedstawiono na rys. 2.
Przyj�to zasad�, łe sygnały z in-
deksem /U pochodzą z procesora
sterującego, zaś indeks /Z ozna-
cza, łe linie są połączone z wty-
kiem emulacyjnym za pośrednic-
twem złącza Z2. Linie sygnał�w
bez indeksu są połączone z pro-
gramowanym procesorem znajdu-
jącym si� w podstawce Z1.
Układ sterowania programatora
zrealizowano na procesorze
AT89C2051 (U1) taktowanym
sygnałem z oscylatora kwarcowego
(rezonatorem kwarcowym Q1
o cz�stotliwości 11,0592MHz). Jed-
nokierunkową komunikacj� z kom-
putera do programatora, przy r�w-
Rys. 1. Schemat blokowy urządzenia.
noczesnym zapewnieniu izolacji
galwanicznej, umołliwia transop-
Mołe najpierw - aby przybli- z powrotem do podstawki. Przy tor TO1. Dioda LED1 (ł�łta) włą-
łyĘ Czytelnikowi jaka idea przy- kałdej z tych czynności mołna si� czona szeregowo z diodą świecącą
świecała mi przy opracowywaniu pomyliĘ i włołyĘ procesor od- transoptora słuły do sygnalizowa-
projektu programatora - pokr�tce wrotnie. Dopracowane firmowe nia transmisji z komputera. Dioda
opisz�, w jaki spos�b tworz� op- programatory potrafią wykryĘ i za- D1 włączona antyr�wnolegle do
rogramowanie dla mikroproceso- sygnalizowaĘ taką sytuacj�, dzi�ki diod świecących TO1 i LED1 ogra-
r�w jednoukładowych. Zaczynam czemu unika si� uszkodzenia mik- nicza napi�cie o odwrotnej pola-
od skopiowania programu z jakie- roprocesora. Błąd przy wkładaniu ryzacji, kt�re mogłoby je uszko-
goś starego, podobnego projektu. do podstawki w układzie urucha- dziĘ. Rezystor R4 ogranicza prąd
Aktualizuj� deklaracje wejśĘ, mianym ko�czy si� zazwyczaj pobierany ze złącza szeregowego
wyjśĘ i stałych. Sprawdzam znacznie gorzej. Chcąc uniknąĘ komputera. Rezystor R8 zapewnia
i ewentualnie zmieniam ustawie- takich sytuacji zacząłem opraco- dodatkowe podciągni�cie pinu
nia rejestr�w SFR dla przerwa� wywaĘ dla procesora przełącznik RxD procesora do napi�cia +5V
i timer�w. Tworz� od nowa lub PROGRAMATOR<->UKŁAD_DO- i przyspiesza powr�t tego wejścia
poprawiam procedury obsługi CELOWY. Dzi�ki temu nie byłoby do stanu wysokiego. Złącze Z3 to
przerwa�. Na ko�cu pisz� pro- potrzeby wyjmowania procesora listwa z trzema igłami, z kt�rych
gram gł�wny. Uruchamianie za- z podstawki, a wystarczałoby pros- dwie zewn�trzne są połączone
czynam od symulatora, a gdy pro- te przełączanie. W czasie opraco- z masą, a środkowa to sygnał TxD
gram jest prosty, przechodz� od wywania szczeg�łowej koncepcji z komputera. Dzi�ki takiemu roz-
razu do emulatora. Po znalezieniu układ troch� si� rozr�sł. Do prze- wiązaniu nie trzeba uwałaĘ na
i usuni�ciu powałnych bł�d�w, łącznika zrealizowanego na scalo- spos�b podłączania gniazda na
program zaczyna z grubsza reali- nych kluczach analogowych dobu- kablu transmisyjnym do progra-
zowaĘ to co powinien. Teraz dowałem programator. Z drugiej matora.
trzeba sprawdziĘ poszczeg�lne strony dodano kilka prostych, ale Układy U4, U5, U6, U7 i U8
jego fragmenty. W tej fazie bardzo bardzo ułytecznych drobiazg�w, (HCT4053) to zesp�ł przełączni-
wałna jest umiej�tnośĘ przewidy- takich jak przycisk zerowania k�w analogowych, dzi�ki kt�rym
wania stan�w wejściowych, jakie i wska�nik zatrzymania procesora. jest mołliwe przełączanie wejśĘ/
mołe otrzymaĘ program. Zazwy- Schemat blokowy powstałego wyjśĘ programowanego procesora
czaj to właśnie zajmuje najwi�cej w ten spos�b programatora-emula- umieszczonego w podstawce Z1.
czasu. Znacznie szybsze jest wpro- tora przedstawiono na rys. 1. Do przełączania sygnał�w zegaro-
wadzenie poprawek lub uzupeł- Procesor wkłada si� w podstawk� wych XTAL1 i XTAL2 oraz napi�-
nie�. Rzadko, ale jednak zdarza programatora. Do układu urucha- cia programującego konieczne by-
si�, łe na tym ostatnim etapie nie mianego dołącza si� przew�d taś- ło zastosowanie przełącznik�w
mog� korzystaĘ z emulatora. Wy- mowy zako�czony wtykiem emu- (U3) o lepszych parametrach. Wy-
nika to albo z �pływającego� za- lacyjnym. Plik z programem w po- b�r padł na układ MAX333A
silania w układzie docelowym, al- staci binarnej, kt�ry przychodzi firmy Maxim. Jest to układ zawie-
bo z ogranicze� emulatora. Ko�- po łączu szeregowym jest wpisy- rający cztery analogowe klucze
czy si� na wielokrotnym wyjmo- wany do pami�ci FLASH proce- przełączne o niskiej rezystancji
waniu procesora z podstawki sora. Po zaprogramowaniu proce- w stanie włączenia. Ponadto układ
w układzie uruchamianym, pro- sor jest dołączany do uruchamia- zasilany tak jak w naszym przy-
gramowaniu jego pami�ci popra- nego układu i rozpoczyna wyko- padku ze �r�dła o napi�ciu +12V
wionym programem i wkładaniu nywanie zapisanego programu. mołe byĘ, bez ładnych konwer-
Elektronika Praktyczna 3/99
52
Programator - emulator mikrokontrolerów AT89Cx051
Rys. 2. Schemat elektryczny programatora.
Elektronika Praktyczna 3/99
53
Programator - emulator mikrokontrolerów AT89Cx051
ter. Słuły do tego kr�tki impuls wpisanego programu. Przyciskiem
podany na wyprowadzenie RESET mołna wymusiĘ realizacj�
XTAL1 (Z1), pochodzący z wy- programu od początku. Z przycis-
jścia P3.4 (U1). Sygnał INH po- ku r�cznego zerowania naleły
woduje w stanie wysokim zablo- ostrołnie korzystaĘ, jeśli urucha-
kowanie kluczy analogowych i po miany system jest wyposałony
zanegowaniu w bramce (4,5,6) U9
- podanie niskiego stanu logicz-
WYKAZ ELEMENTÓW
nego na wejście RST programo-
wanego procesora, co jest ko- Rezystory
nieczne podczas sekwencji rozpo- R1, R2, R3, R8: 10k&!/0,25W
czynającej programowanie.
R4, R5, R6: 2,2k&!/0,25W
Napi�cie zasilające +5V jest
R7: 330&!/0,25W
czerpane wprost z układu uru-
Kondensatory
chamianego. Pob�r prądu w sta-
C1, C2, C3: 10�F/16V
nie spoczynku z pustą podstaw-
C4, C5: 1�F/63V MKT
ką Z1 wynosił w układzie mo-
C6, C7: 22pF
Rys. 3. Sposób sterowania
delowym 16mA. W czasie pro-
C8, C9: 100nF/63V
generatora.
gramowania prąd wzrastał do
Półprzewodniki
26mA, a w trybie emulacji
D1: 1N4148
ter�w poziomu, sterowany sygna- w układzie z zegarem 12MHz wy-
DZ1: BZX83C6V8
łami o poziomach TTL. Do stero- nosił około 33mA. Napi�cie pro-
LED1: L-934LYD (Kingbright) lub
wania przełącznikami słułą trzy gramujące +12V jest wytwarzane
inna żółta, niskoprądowa
sygnały ABC, INH i PROG. W cza- w układzie MAX662, kt�rego od-
LED2, LED4: L-934LGD (Kingbright)
sie programowania sygnał ABC powiednikiem jest LTC1262 fir-
lub inna zielona, niskoprądowa
przyjmuje niski stan logiczny. my Linear Technology. Są to
LED3: L-934LID (Kingbright) lub
Powoduje to przełączenie proce- przetwornice kondensatorowe
inna czerwona, niskoprądowa
sora umieszczonego w podstawce (bezindukcyjne), zaprojektowane
TO1: PC817
Z1 na programator i zapalenie specjalnie do wykorzystywania
U1: AT89C2051 (Atmel)
czerwonej diody LED3 oznaczają- przy programowaniu pami�ci
zaprogramowany
cej programowanie. Port P1 (Z1) FLASH. Zielona dioda LED2 jest
U2: MAX662 (Maxim), LTC1262
jest dołączony do portu P1 pro- dołączona do napi�cia +12V
(Linear Technology), ST662A
cesora sterującego (U1). Na li- przez szeregowo połączoną dio-
(STMicroelectronics)
niach tego portu pojawiają si� d� Zenera o napi�ciu 6,8V i re-
U3: MAX333A (Maxim)
bajty odebrane z portu szeregowe- zystor R6 ograniczający prąd.
U4, U5, U6, U7, U8: HCT4053
go przeznaczone do wpisania do Dzi�ki temu LED1 świecąc wska-
U9: HCT02
pami�ci programu. Rezystory R2 zuje nie tylko obecnośĘ napi�cia
Z1: AT89Cx051 (Atmel) typ
i R3 podciągają wyjścia P1.0 i P1.1 zasilającego, ale r�wnieł popra-
procesora zależny od aplikacji
do +5V. Do wyprowadze� steru- wną prac� układu przetwornicy.
Różne
jących P3.4, P3.5 i P3.7 jest do- Napi�ciem +12V są zasilane
Gniazdo 2x10 na kabel taśmowy
łączany sygnał P3.457/U. Na pin przełączniki analogowe z układu
Kabel taśmowy 20-żyłowy 20cm
P3.3 jest podany sygnał P3.457/ U3. Jest to konieczne, gdył klu-
U zanegowany w bramce (1, 2, 3) cze te słułą m.in. do przyłącza- *Kabel połączeniowy do
komputera: gniazdo DB9 do
układu U9. Pozwala to wybraĘ nia napi�cia programującego.
połączeń lutowanych z obudową
jeden z dw�ch tryb�w programo-
Gniazdo do złącz igłowych 3x1
wania: Układy dodatkowe
do połączeń lutowanych
- Chip Erase - kasowanie pami�ci Na płytce drukowanej progra-
*Kabel 2-żyłowy 2m
programu: P3.457/U = L; matora znalazło si� miejsce na
- Write Code Data - zapis do przycisk RESET, włączony stan- Kabel emulacyjny: wtyk
emulacyjny na kabel taśmowy
pami�ci programu: P3.457/U = H. dardowo mi�dzy wejście RST
DIP20
Do programowania pami�ci ty- (Z1) i napi�cie +5V. Przy urucha-
Podstawki pod układy scalone:
pu FLASH konieczne jest poda- mianiu oprogramowania bardzo
DIL20 - 2 szt., DIL8 - 1szt., DIL16 -
nie napi�cia +12V na wejście przydatna jest mołliwośĘ r�czne-
5 szt., DIL14 - 1 szt.
RST (Z1). Słułą temu dwa prze- go wyzerowania procesora, a nie
SW1: mikroswitch do druku
łączniki układu U3. Jeden stero- zawsze taki przycisk znajduje si�
H=10mm
wany sygnałem PROG z wyjścia w uruchamianym układzie. Po za-
Q1: rezonator kwarcowy
P3.7 (U1) i drugi sterowany syg- programowaniu pami�ci progra-
11,0592MHz
nałem ABC. Na wyprowadzeniu mu wejście RST, podobnie jak
Z1: DIL20 precyzyjna lub ZIF (3M,
P3.2 pojawiają si� w czasie pro- pozostałe wyprowadzenia proce-
Textool lub Aries)
gramowania impulsy zezwalające sora, jest przełączane na kabel
Z2: goldpin 2x10
- sygnał P3.2/U. Po zaprogramo- emulacyjny (Z2). Jeśli z urucha-
Z3: goldpin kątowy 1x3
waniu kałdego bajtu inkremento- mianego modułu przyjdzie na to
wany jest wewn�trzny licznik wejście niski stan logiczny, pro- Elementy oznaczone * nie
adresu - Internal Address Coun- cesor rozpocznie wykonywanie wchodzą w skład kitu.
Elektronika Praktyczna 3/99
54
Programator - emulator mikrokontrolerów AT89Cx051
w układy nadzoru napi�cia wyjściowych. Wadą jest to, łe aby
Podstawowe cechy programatora
i watch-dog. Nie wszystkie tego ponownie uruchomiĘ procesor, na-
Zalety:
typu układy zezwalają na zwie- leły go wyzerowaĘ.
komunikuje się z komputerem łączem
ranie swojego wyjścia do napi�- szeregowym RS232C;
zapewnia izolację galwaniczną między
cia zasilającego. Ograniczenia
komputerem i uruchamianym układem;
Do programatora dobudowano Bardzo oszcz�dna konstrukcja
nie wymaga specjalnego oprogramowania -
prosty, ale bardzo ułyteczny programatora narzuciła kilka
do obsługi wystarczają programy systemowe
wska�nik zatrzymania procesora. ogranicze�. Przede wszystkim
komputera;
na czas programowania odłącza procesor od
Wska�nik ten tworzą dwie bramki mołliwy jest wyb�r tylko dw�ch
uruchamianego układu, po zaprogramowa-
NOR z układu U9 i dioda LED4 tryb�w programowania Chip Era-
niu przyłącza go z powrotem.
zielona z rezystorem szeregowym se i Write Code Data. Zatem nie
Wady:
R7. W czasie normalnej pracy pro- ma mołliwości programowania
zapisywany program musi być w postaci
cesora na wyjściu XTAL2 wyst�- bit�w zabezpieczających LB1
binarnej;
puje przebieg sinusoidalny o am- i LB2 (Write Lock Bit 1/2), od-
wymaga, aby pierwszy bajt programu miał
plitudzie bliskiej 5V i cz�stotli- czytania bajtu sygnatury (Read
wartość 02H;
wości zalełnej od dołączonego Signature Byte) czy nawet od- nie sprawdza, czy zapisywany program
zmieści się w pamięci;
kwarcu. Przebieg ten po przejściu czytania zapisanych bajt�w pro-
nie weryfikuje poprawności zapisanego
przez bramk� NOR (11,12,13) U9 gramu (Read Code Data) w celu
programu;
(ukształtowany do przebiegu pros- ich weryfikacji.
nie ma możliwości programowania bitów
tokątnego) zasila diod� LED4, kt�- Zasilanie programatora z uru- zabezpieczających;
ra świecąc sygnalizuje wykonywa- chamianego układu narzuca ko- jest zasilany z uruchamianego układu -
pobiera około 16mA w stanie spoczynku
nie programu. Jeśli procesor na- niecznośĘ zaprojektowania zasi-
i 26mA w czasie programowania.
potka rozkaz ustawiający bit PD lacza z niewielkim zapasem mo-
w rejestrze PCON, przejdzie cy. W rzadkich przypadkach, gdy
Podstawowe właściwości emulatora
w stan Power Down. W stanie to nie jest mołliwe, naleły za-
Zalety:
tym wewn�trzny generator jest stosowaĘ dodatkową przejści�w-
pracuje z rezonatorem kwarcowym układu
zatrzymany, a na wyjściu XTAL2, k�, kt�ra umołliwi zasilanie pro- uruchamianego;
w pełni emuluje wszystkie piny procesorów
zgodnie ze schematem na rys. 3, gramatora z zewn�trznego zasila-
AT89Cx051 łącznie z analogowymi
wyst�puje wysoki stan logiczny, cza. Przejści�wk� taką mołna
wejściami komparatora;
kt�ry powoduje wygaszenie dio- zbudowaĘ z podstawki DIL20 na-
jest wyposażony w przycisk RESET zerujący
dy. Bramka (8,9,10) U9 blokuje sadzonej na wtyk emulacyjny.
procesor;
posiada optyczny wskaz
nik pracy/
wska�nik na czas programowania Odcinek niebieskiego przewodu
zatrzymania procesora.
pami�ci FLASH. delikatnie dolutowujemy do pi-
Wady:
Programista umieszczając nu nr 10 podstawki. Drugi ko-
jest zasilany z uruchamianego układu -
w programie rozkaz: niec przewodu podłączamy do
pobiera około 33mA przy 12MHz w trybie
ORL PCON,#02H ;w asemblerze masy zasilacza. Do pinu nr 20
emulacji.
lub dolutowujemy kabel czerwony
PCON |= 0x02 /* w języku C */ i reszt� tego pinu obcinamy.
mołe sprawdziĘ, czy procesor Czerwony przew�d dołączamy do cony pin 20 �wtyku� nie zetknął
wykonując program doszedł do wyjścia +5V w zasilaczu. Tak si� z odpowiadającym mu sty-
tego miejsca. Dodatkową zaletą przygotowany �wtyk� wkładamy kiem w podstawce układu uru-
jest, łe procesor po takim zatrzy- w podstawk� układu uruchamia- chamianego.
maniu zachowuje stan port�w nego zwracając uwag�, aby skr�- Tomasz Gumny, AVT
Elektronika Praktyczna 3/99
55